叮叮小文庫菊粉的生產工藝和相關知識1菊粉的簡介：菊 粉 ( Inulin) 屬于植物中儲備性多糖，是由D-呋喃果糖分子以Ii( 2一1)糖營鍵連接而成的果聚糖，每個菊粉分子末端以a (1.2)糖苷鍵連接一個葡萄糖殘基，聚合度(DP)通常為2一60，平均聚合度為10-12。目 前 ， 菊 粉 廣泛應用于食品、醫藥以及化工等領域。菊粉不僅可以作為脂肪替代品應用于低能量食品生產，而且具有膳食纖維以及益生素的生理功能，是一種優秀的功能性食品基料。在歐洲，菊粉及其相關產品己經成為一個相當大的產業，具有廣闊的發展前景。目前 ，全 世界只有三個公司工業化生產菊粉，分別是比利時ORAFTI公司和WARCOING公司以及荷蘭SENSUS集團子公司COSUN公司，成為世界菊粉主要生產公司，產量占世界菊粉產量的98.8%。而且這些公司無一不是以菊苣為原料，歐洲菊苣生產基地由1990年幾百公頃增加到2000年兩萬公頃。菊粉及其相關產品己經成為一個相當大的產業，具有廣闊的發展前景。2菊粉的來源：自從 18 04 年 德國科學家Rose首次從旋復花屬(I nula)土木香(Inulahelenium)根莖中提取出一種果聚糖“獨特物質”，1818年Thomson將其命名為菊粉，1864年德國植物生理學家Julius Sachs利用顯微鏡成功的觀察到大麗花(Dahlia)、向日葵( Helianthus tuberosus)和土木香塊莖菊粉的球狀晶體結構，成為果聚搪研究的先驅者。3菊粉的原料：菊芋俗稱洋姜，為菊科多年生草本植物的塊莖或莖葉，耐貧瘠和干旱，對氣候和土壤條件要求不高，適應性強。能抗霜打和抵御多種疾病。我國許多地區都有種植，一般畝產菊芋塊莖20004000公斤，是加工生產菊粉的良好原料。每公頃產菊粉4.58.3噸。菊苣是一年或兩年生或短期多年生菊科草本植物，原產于東半球，適合生長于海洋氣侯條件下，與菊芋相比，它的每公頃產量在9.816.1噸4菊粉的物化性質：標 準 菊 粉聚合度為2-60，平均聚合度為10-12，長鏈菊粉的平均聚合度為25，可以有效用作模擬脂肪替代品。商品菊粉為白色無定形粉末，吸濕性很強， 無味， 沒有任何不良風味或者后味， 標準菊粉常含有少量單糖和雙糖而略帶甜味，約為蔗糖甜度的10%，而長鏈菊粉沒有甜味。菊 粉 微 溶于冷水，易溶于熱水，溶解度隨溫度的升高而增加。如比利時Orafti公司生產的菊粉(商品名為RaftilinoHP )，其在25時JL乎不溶于水，50時溶解度僅為1.2% (w/v)，當溫度達到90時溶解度明顯增加至35% (w/v )。由于菊粉吸濕性強，在水中分散時極易結塊，加入淀粉或對其進行速溶化處理，可提高菊粉的分散性。菊粉溶液粘度較低，10時，5%和30%菊粉溶液的粘度分別為1.65mPa.s和100mPa.s。菊粉溶于水時，可使水的冰點下降、沸點升高。菊粉能夠與其他食品添加劑結合使用，在乳制品中增強水果風味。菊粉還能用作低能量填充劑，賦予食品一定形狀， 改善食品口感。菊粉與阿斯巴甜、A-K糖、糖精等強力甜味劑具有協同增效作用， 5% Frutafito 蔗糖甜味8%)與強力甜味劑同時使用，可以替代30%阿斯巴甜、30% A-K糖或者45%糖精，菊粉能夠掩蓋或去除強力甜味劑的后味，一般 而言 ，pH大于4時，菊粉不水解，而pH小于4時，以及處于適當溫度和時間下，菊粉即被緩慢水解為果糖和葡萄糖，因此，菊粉不適合應用于高酸度軟飲料中。但是在凝膠狀態下，或者菊粉含量超過70%，由于缺乏自由水，即使在酸性或高溫的條件下菊粉也十分穩定，并且研究發現，當溫度低于10, pH處于3.0-7.5之間，菊粉不發生水解。菊 粉 經 過酸法水解或酶法水解可以生成含75%以上D一果糖的果糖漿或低聚果糖漿，也可直接發酵生產酒精、葡萄糖酸、山梨糖醇等。酸水解菊粉為果糖容易產生大量副產物，采用微生物菊粉酶( Inulinase, E C 3.2.1.7)水解菊粉效果很好，這己經成為目前開發果糖產品的一種新途徑。另外，利用雙功能催化劑Ru/C，能夠同時催化菊粉的水解與加氫反應，從而生成高產量的甘露糖醇和葡萄糖醇，成為生產甘露糖醇有效途徑，見圖1-9，或者催化菊粉先加氫后水解，只有Fm型菊粉能夠被還原加氫，然后水解生成甘露糖醇，因為GFn型菊粉沒有還原基團，不能發生加氫還原反應。5菊粉的行業標準：標準菊粉長鏈菊粉平均聚合度1225干重(%)9595菊粉含量(%干物質)9299.5糖含量(%干物質)80.5pH(10%w/w)575-7硫酸化灰分(%干物質)小于0.2小于0.2重金屬含f (PPm千物質)小于0.2小于0.2外觀白色粉末白色粉末味道中性中性甜度(蔗糖甜度為100%)10無25 0C水溶性(g/1)12010粘度(mPa.s, 100C，5%)1,6 2.4熱穩定性良好良好酸穩定性一般良好6菊粉的傳統工藝和存在的弊端：新鮮菊芋經洗滌去皮、切片，然后用80度以上的熱水燙漂滅酶，干燥得菊粉干片。菊芋干片中菊粉的提取，一般根據是否把菊芋干片粉碎成粉末分成兩種提取工藝，工藝一是直接將粉碎的菊芋干片浸泡在少量水中，然后用攪拌機將菊芋打碎，加入一定量水中，在一定溫度下，攪拌提取一定時間后，最后過濾榨汁，所得濾液為粗菊粉提取液，經堿處理除雜，再經進一步脫色、精制提取、干燥即可得到菊粉產品。工藝二是將菊芋干片經粉碎后，溶解于一定量的水中，在一定溫度下，攪拌提取一定時間后，離心分離，沉淀榨汁后得上清夜。所得上清夜即為粗菊粉提取液，經堿處理除雜，進一步脫色、精制提取、干燥即可得到菊粉產品。采用上述兩種工藝方法，均存在菊粉的提取率低、純度低、聚合度低等問題。7菊粉的優化工藝和優勢：此工藝是一種微波技術輔助提取菊粉的方法，該方法以菊芋為原材料，將新鮮的菊芋經預處理制成菊芋干片，然后粉碎、用水浸泡溶解，再進行微波處理，隨后在熱水浴中浸提，得到粗提取液，然后經過堿處理、陰陽離子交換樹脂處理后得到精制提取液。再經過減壓濃縮、干燥處理后得到高純度菊粉。與傳統的工藝相比，本工藝采用微波技術和膜分離技術想結合的提取方法，清潔高效、節能環保、無二次污染、容易操作控制，縮短了水浴浸提時間，菊粉提取率高，并且菊粉的生物活性無損失、溶解性好。得到的產品性質穩定，純度高，聚合度高，并可根據需要生產不同聚合度的菊粉產品。圖一是本工藝生產路線圖（1）菊芋的預處理具體操作如下：將新鮮的菊芋清洗，進行熱水漂燙處理，鈍化菊芋中的多酚氧化酶，以達到減少褐變的目的。然后干燥，制成菊芋干片。熱水漂燙的溫度為80-100,時間為5-10min。制成菊芋干片時的干燥溫度為40-60,時間為5-7h。切片的厚度在0.2-1.5cm。得到的干片的含水量7-13%。圖二為菊芋的預處理的工藝路線圖（2）生產菊粉粗提取液具體操作如下：將菊芋干片粉碎成菊芋干粉，粉碎目數為60-200目。菊芋干粉用一定量水浸泡溶解，菊芋干粉所用浸泡水的量需完全溶解于菊芋干粉。然后進行微波處理，微波處理后的溶液再在熱水浴中進行浸提，得到菊粉的粗提取液。菊芋干粉溶解所用的浸泡水的量為菊芋干粉的8-12倍。微波處理的功率為300-600w,時間為120-300s。微波處理后的菊粉溶液按照1：14-1：22的料液重量比例加水后浸提。所用水溫為20-100，時間為20-60min。 圖三為生產菊粉粗提取液的工藝路線圖 （3）菊芋粗提取液的堿處理如下：石灰乳-磷酸法可以有效的去除菊芋粗提取液中蛋白質、果膠、色素等各種雜質，濾泥富含豐富鈣。在菊芋提取液中添加一定量的石灰乳，調節pH至11, 80攪拌保溫20min，然后用磷酸將提取液的pH回調至10.4，同樣80攪拌保溫20min，靜置過夜，最后用磷酸將提取液pH調至中性。然后過濾，除去雜質。（4）菊芋的脫色和脫鹽處理如下：陰 離 子樹脂靜態脫色過程中，陰離子樹脂用量為2% (w/v)，作用時間為3h，作用溫度為50C，脫色率為66.47%，總糖損失率僅為3.2%;在溫度為50時，經過2% ( w/v)陽離子樹脂進行離子交換作用2h，灰分含量降低到3.1%，最后得到精制菊粉溶液。該菊粉溶液先通過標稱分子量為10000道爾頓的超濾膜，以徹底去除蛋白質、果膠等大分子物質。透過夜再通過標稱分子量為1000的納濾膜，以徹底去除包括葡萄糖、果糖在內的小分子物質，所得到的截留液為標準菊粉溶液。然后減壓濃縮，噴霧干燥或冷凍干燥，得到標準菊粉。圖四為生產標準菊粉的工藝流程圖5（5）不同聚合度的高純度菊粉的生產方法：將生產的標準菊粉進行溶解，通過2000或2000以上道爾頓的超濾膜，截留液為聚合度20-60的純度接近100%的高純度菊粉溶液，經過減壓濃縮，冷凍干燥或噴霧干燥得到高純度高聚合度的菊粉。透過夜為聚合度低于20的高純度低聚合度菊粉溶液，濃縮干燥得到高純度低聚合度菊粉。圖五為生產高純度高聚合度菊粉、高純度低聚合度菊粉的工藝流程